Science解开悬而未决的神经学谜题

【字体: 时间:2016年01月26日 来源:生物通

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  研究人员在1月21日的《Science》杂志上描述了一种新的发育机制,该结果可以帮助研究人员了解高度有髓鞘的人脑的发育,也能加速髓鞘疾病的治疗,如多发性硬化症。

  

生物通报道:髓鞘是包裹在神经细胞轴突外面的一层膜,起作用是起绝缘作用,防止神经电冲动从神经元轴突传递至另一神经元轴突。根据美国加州大学旧金山分校(UCSF)的一项最新研究表明,形成髓鞘的细胞,可通过在血管上攀爬和摆动,迁移到发育的大脑中。研究人员还发现了一种机制,当这些不成熟的细胞——称为少突胶质前体细胞,离开血管并分化为成熟的少突胶质细胞时,可将自己包裹在神经纤维周围,加快神经传导速度。

研究人员在1月21日的《Science》杂志上描述了这种新的发育机制,该结果可以帮助研究人员了解高度有髓鞘的人脑的发育,也能加速髓鞘疾病的治疗,如多发性硬化症。

本文第一作者、UCSF医学院儿科和神经学助理教授Stephen Fancy博士指出:“相对于我们的大脑尺寸,人类有相当数量的有髓神经纤维。这让我们得以成为人类,但是这些细胞如何迁移到大脑中,几十年来一直是这一领域中悬而未决的问题。这是个狭小局促的空间,它们依靠什么四处走动,一直都是非常难以捉摸的。”

当Fancy和他的团队在研究少突胶质前体细胞(OPCs)如何分化为其成熟形式的时候,偶然发现了这个问题的答案。以前的研究表明,Wnt信号通路可抑制这种转化,直到细胞在正确的位置形成髓鞘,但是该研究团队注意到,当他们锁定小鼠中高水平的Wnt信号时,前体细胞在迁移方面出现问题,似乎变得粘住血管。

Fancy说:“它们只是聚集在血管上,就像葡萄串一样,而这真正引起了我们的兴趣。它突然提示我们,前体细胞一直都在使用血管四处走动,而我们将它们堵在那里,防止它们脱落。”

为了证实他们的假设,研究小组在发育的小鼠大脑中,对迁移的OPCs进行了活体目标成像,并观察到,细胞沿着血管爬行,并伸出臂状的延长部分,从一条血管跳到另一条。研究人员发现,同样的过程似乎也发生在人类的大脑中,基于UCSF儿科神经病理学研究实验室的脑组织分析,OPCs在血管上攀爬和摆动的时候被捕获。

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Fancy说:“这些细胞似乎是使用血管作为一个攀爬架,这可能有助于解释它们为何能在发育过程中非常快速地迁移到皮质中。”

研究人员发现,当小鼠的大脑无法构建血管时,前体细胞的迁移就嘎然而止。他们还发现,当Wnt信号通路被阻断时,它会导致前体细胞从大脑中的血管系统上脱落,这似乎表明,在迁移过程中Wnt信号通常使细胞与血管相联系。

Fancy说:“似乎Wnt信号通路起着一种双重作用——协调迁移和分化的时机。首先,当这些细胞沿着血管迁移时,Wnt信号通路将它们保持在不成熟的形式中,然后,当它们到达目的地时,它就自我关闭,让这些细胞从攀爬架中脱落,并开始成熟。”

帮助大脑对抗多发性硬化
Fancy渴望使用这些新的见解,来了解如何改善多发性硬化症和其他疾病患者的病症。

当免疫系统攻击并杀死形成髓鞘的少突胶质细胞时,就会发生多发性硬化症,从而阻碍神经传导,并引起各种症状,包括视力下降、肢体麻木、肌肉无力和痉挛,情绪波动和认知能力的下降。患者经常会经历一个“复发和恢复”的周期,因为大脑试图通过在免疫系统损坏髓鞘之后尽可能快地更换受损髓鞘,来修复自身。

Fancy推测,了解如何帮助少突胶质细胞迁移到髓鞘损伤部位,将可能显著减少多发性硬化症患者的复发严重程度。他说:“目前,有一些药物能帮助减少MS最初的髓鞘脱失,但目前还没有治疗方法可帮助髓鞘再生。通过获得关于大脑发育的研究结果,我们也坚持去了解很多关于疾病的情况。”

多发性硬化症(MS)这种中枢神经最常见的退髓鞘病变,近年来科学家对其进行了大量研究,并取得了很大进展。2014年5月,在Cell期刊旗下《Stem Cell Reports》杂志发表的一项研究中,因为MS而严重残疾的小鼠,在经过人类神经干细胞治疗后不到两个星期,就恢复了行走能力(干细胞疗法可恢复多发性硬化症小鼠机能)。此后的7月份,美国纽约干细胞基金会研究所的科学家,首次产生了来自于原发性进展型多发性硬化症患者皮肤样本的诱导多能干细胞(iPS),接下来他们开发了一种加速程序,诱导这些干细胞转化成少突胶质细胞——中枢神经系统的髓鞘形成细胞,参与多发性硬化症和其他疾病(细胞疗法或可治疗多发性硬化症)。更令人惊讶的是,在2014年8月,科学家发现,艾滋病病毒感染可降低多发性硬化症的风险。他们发现,从数学方面来讲,HIV感染患者比一般人群更少可能患多发性硬化症(HIV有助于预防多发性硬化症?),从而留给我们许多有待于探究的问题。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Oligodendrocyte precursors migrate along vasculature in the developing nervous system
Abstract: Oligodendrocytes myelinate axons in the central nervous system and develop from oligodendrocyte precursor cells (OPCs) that must first migrate extensively during brain and spinal cord development. We show that OPCs require the vasculature as a physical substrate for migration. We observed that OPCs of the embryonic mouse brain and spinal cord, as well as the human cortex, emerge from progenitor domains and associate with the abluminal endothelial surface of nearby blood vessels. Migrating OPCs crawl along and jump between vessels. OPC migration in vivo was disrupted in mice with defective vascular architecture but was normal in mice lacking pericytes. Thus, physical interactions with the vascular endothelium are required for OPC migration. We identify Wnt-Cxcr4 (chemokine receptor 4) signaling in regulation of OPC-endothelial interactions and propose that this signaling coordinates OPC migration with differentiation.

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